可控制备石墨相氮化碳及其结构功能(2),高分子材料论文.docx

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1、可控制备石墨相氮化碳及其结构功能(2),高分子材料论文在氮化石墨烯所有构造中， g-C3N4 海藻 架构加强析氢作用最为明显， Han等36研究发现，像海藻构造的g-C3N4g-C3N4 海藻 架构已经能够通过冷冻枯燥设备、水热处理双氰胺光纤网络直接煅烧制备。多孔g-C3N4纳米纤维海藻网络架构不仅有利于集光，而且能够提高电荷活性位点的分离和利用，除此之外g-C3N4纳米纤维海藻网络架构还具有高效的光催化分解水能力。 其展现出高氢析出率9900 mol h-1g-1比其g-C3N4散装对应物高出30倍，并且在420 nm时量 子 效 率 显 着 增 加 了7.8%,比 大 多 数 已 报 道

2、的g-C3N4纳米构造效果都好。 3.1.2电催化析氢 电析氢反响HER是从水生成氢气的重要途径之一48.当前贵金属是最高效的HER电催化剂，尤其是铂，具有较高的交换电流密度和较小的塔菲尔斜率49.然而，由于贵金属资源并不充裕且价格较高，所以研究人员更希望使用非贵金属、金属复合材料和无金属电催化剂用在HER中。 Zhao等42研究发现， g-C3N4与石墨烯结合能够提高g-C3N4在析氧反响和析氢反响的催化活性和电性能，尤其在析氢反响中甚至比金属催化剂的催化活性都好。Zhao等42通过简单的一步水热法实现了将1D的g-C3N4纳米带可控组装在2D石墨烯片上构成3D泡沫状网络g-C3N4纳米带-

3、G。 g-C3N4纳米带-G的这种层次构造提供了很大的可接触外表积、多电子传输通道和短扩散距离，使得电荷能很快地分离和转移，有效地加速了电化学经过。结果显示， Zhao等42制备的g-C3N4纳米带-G显示出极好HER活性，其在HER中的催化电流密度达？10 m A cm?2,具有207 m V的低过电势。 g-C3N4纳米带-G在HER的催化性能优于现存的一些金属催化剂，比之前报道的非金属催化剂也要好很多图8。 3.2氧复原 ORR电催化剂是一个极为重要的研究方向。近期研究发现， g-C3N4材料在碱性介质高环境下能够作为ORR的有效催化剂50. Xu等45采用硬诱导的方式方法开发了一种基于

4、g-C3N4泡沫有效的ORR催化剂PNGF。得到的催化剂表现出显着的ORR活性，在碱性和酸性溶液具有长期稳定性，其催化活性比Pt基催化剂在碱性介质中更好。 Xu等45在氧气饱和的0.1 M KOH溶液中对G-C3N4.GQDs、S-G-C3N4和GQDs的电化学活性进行了比照研究。研究发现， G-C3N4.GQDs的循环伏安曲线CV在0.27 V时表现出优异的O2复原峰，其显示出很强的氧复原反响催化活性，好于原来的S-G-C3N4和GQDs,展示出更好的能量转换应用潜力。这项对G-C3N4.GQDs纳米复合物的研究为基于纳米构造材料构建新型的G-C3N4形式开拓了新道路，不仅在ORR反响经过中

5、有高效的催化性能，同时可以以应用在种类繁多的电子及光电设备中。 除此之外， Hu等46研究设计了一种非金属g-C3N4和Pt的异质构造，并将其负载在三维石墨烯网状构造上作为甲醇氧化的催化剂。由于Pt和g-C3N4之间的协同作用，结合三维多孔石墨烯作为导电载体。为活性位点接触燃料分子提供了最大限度的可能，使得到的催化剂表现出异常优越的性能，包括高的催化活性、不同寻常的抗CO中毒能力以及良好的稳定性。这些性能优于商业化的碳负载Pt催化剂以及三维石墨烯负载Pt催化剂，如此图9所示。 3.3传感器 近年来，人们投入很大的努力来进行各种智能系统的制造，使其可对环境的变化如力、温度和湿度等刺激做出自发响应

6、51.可对外部刺激作出反响的材料也迎来了材料科学与工程的现代，可控的环境变化以及对其敏感的感悟对智能材料和器件系统的发展是至关重要的。 华而不实，基于石墨烯材料的智能系统被以为是最有前景的，能够更好地提高灵敏度和可靠性，并且有很好的生物兼容性。这都是由于石墨烯优异的电、热和机械性能，因此其被广泛应用，从传感器、探测器到致动器52. Zhao等53研究发现，通过在具有可调电导率和稳定机械能的石墨烯超细纤维GF外表涂抹石墨烯氮碳化合物GF.GCN，借助水将GF缠绕起来制备纤维状的智能环境传感器SER，能够在暴露状态下依靠电流变化来响应各种刺激。更重要的是， SER对温度变化、机械的互相作用和相对湿

7、度的变化等环境小 扰 动 可 以 感 知 出 高 电 流 响 应。 GCN涂 层 使DGF-SER通过预加载的电压提供3个稳定的导电状态CS，对温度小波动、机械的互相作用、湿度变化具有高可靠性的选择性感悟图10。 4结论 本文介绍了近年来基于g-C3N4复合构造材料在形貌控制制备以及在析氢和氧复原反响等方面的应用。 g-C3N4具有可控形态的纳米构造，这些基于g-C3N4的复合材料在电化学析氢、析氧、光催化析氢和ORR等领域都表现出优良的性能和宏大应用潜力。随着g-C3N4复合材料研究的不断深切进入， g-C3N4的复合材料在制备环保、低成本、高性能的复合材料领域进一步发挥其潜力。但由于g-C

8、3N4较小的比外表积、较大的带隙宽度导致较窄范围内的可见光响应等缺陷，严重影响了其在一些能源领域和光催化领域的发展和应用。因而，对g-C3N4进行可控的制备及功能化修饰，通过合理改良g-C3N4的制备条件或改变其构造，来加强其应用价值仍然是将来需要重点解决的问题。 除此之外，对掺杂的g-C3N4复合材料的研究仍有待深切进入。掺杂能更好地改变g-C3N4电子构造，进而改变其性能，使得g-C3N4与其他材料复合获得了独特的纳米构造和特性。因而，为了实现g-C3N4的高性能的应用，对其可控制备及其构造功能改善的研究都具有非常重要的意义。这些研究能够让研究人员更深切进入地了解g-C3N4复合材料，进而

9、更好地促进g-C3N4复合材料在更多领域的应用。 以下为参考文献 1 Maeda K, Teramura K, Lu D, Takata T, Saito N, Inoue Y, Domen K. Nature, 2006, 440: 295 2 Chen X, Shen S, Guo L, Mao SS. Chem Rev, 2018, 110: 6503 6570 3 Lowther JE. Phys Rev B, 1999, 59: 11683 4 Wirnhier E, D?blinger M, Gunzelmann D, Senker J, Lotsch BV, Schnick W.

10、 Chemistry, 2018, 17: 3213 3221 5 Zhang X, Xie X, Wang H, Zhang J, Pan B, Xie Y. J Am Chem Soc, 2020, 135: 18 21 6 Wu F, Liu Y, Yu G, Shen D, Wang Y, Kan E. J Phys Chem Lett, 2020, 3: 3330 3334 7 Huang Z, Li F, Chen B, Lu Tao, Yuan Y, Yuan G. Appl Catal B-Environ, 2020, 136: 269 277 8 Ma HA, Jia XP,

11、 Chen LX, Zhu PW, Guo WL, Guo XB, Wang YD, Li SQ, Zou GT. J Phys-Condens Mat, 2002, 14: 11269 9 Dong F, Wang Z, Sun Y, Ho WK, Zhang H. J Colloid Interf Sci, 2020, 401: 70 79 10Li Y, Zhang J, Wang Q, Jin Y, Huang D, Cui Q, Zou G. J Phys Chem B, 2018, 114: 9429 9434 11Guo Q, Xie Y, Wang X, Lv S, Hou T

12、, Liu X. Chem Phys Lett, 2003, 380: 84 87 12Wang X, Blechert S, Antonietti M. ACS Catal, 2020, 2: 1596 1606 13Cui Y, Ding Z, Fu X, Wang X. Angew Chem Int Ed, 2020, 51: 11814 11818 14Han Q, Wang B, Gao J, Cheng Z, Zhao Y, Zhang Z, Qu L. ACS Nano, 2021, 10: 2745 2751 15Zhang J, Zhang M, Yang C, Wang X

13、. Adv Mater, 2020, 26: 4121 4126 16Liu G, Niu P, Sun C, Smith SC, Chen Z, Lu GQ, Cheng HM. J Am Chem Soc, 2018, 132: 11642 11648 17Zhang Y, Mori T, Ye J, Antonietti M. J Am Chem Soc, 2018, 132: 6294 6295 18Yan SC, Li ZS, Zou ZG. Langmuir, 2018, 26: 3894 3901 19Wang Y, Di Y, Antonietti M, Li H, Chen

14、X, Wang X. Chem Mater, 2018, 22: 5119 5121 20Wang X, Chen X, Thomas A, Fu X, Antonietti M. Adv Mater, 2018, 21: 1609 1612 21Wang Y, Yao J, Li H, Su D, Antonietti M. J Am Chem Soc, 2018, 133: 2362 2365 22Li XH, Antonietti M. Chem Soc Rev, 2020, 42: 6593 6604 23Wang Y, Shi R, Lin J, Zhu Y. Energy Envi

15、ron Sci, 2018, 4: 2922 2929 24Chen J, Shen S, Guo P, Wang M, Wu P, Wang X, Guo L. Appl Catal B-Environ, 2020, 152: 335 341 25Kumar S, Baruah A, Tonda S, Kumar B, Sreedhar B. Nanoscale, 2020, 6: 4830 4842 26Pan C, Xu J, Wang Y, Li D, Zhu Y. Adv Funct Mater, 2020, 22: 1518 1524 27Zheng Y, Jiao Y, Zhu

16、Y, Li LH, Han Y, Chen Y, Du A, Jaroniec M, Qiao SZ. Nat Commun, 2020, 5: 3783 28Novoselov K S, Geim A K, Morozov SV, Jiang D, Zhang Y, Dubonos SV, Grigorieva IV, Firsov AA. Science, 2004, 306: 666 669 29Hu C, Song L, Zhang Z, Chen N, Feng Z, Qu L. Energy Environ Sci, 2021, 8: 31 54 30Geim AK, Novose

17、lov KS. Nat Mater, 2007, 6: 183 191 31Liang J, Zheng Y, Chen J, Liu J, Jurcakova DH, Jaroniec M, Qiao SZ. Angew Chem, 2020, 124: 3958 3962 32Tian J, Ning R, Liu Q, Asiri AM, Al-Youbi AO, Sun X. ACS Appl Mater Inter, 2020, 6: 1011 1017 33Ma TY, Dai S, Jaroniec M, Qiao SZ. Angew Chem Int Ed, 2020, 53:

18、 7281 7285 34Zhang J, Wang Y, Jin J, Zhang J, Lin Z, Huang F, Yu J. ACS Appl Mater Interf, 2020, 5: 10317 10324 35Wang X, Maeda K, Thomas A, Takanabe K, Xin G, Carlsson JM, Domen K, Antonietti M. Nat Mater, 2018, 8: 76 80 36Han Q, Wang B, Zhao Y, Hu C, Qu L. Angew Chem Int Ed, 2021, 54: 11433 11437

19、37Du X, Skachko I, Barker A, Andrei EY. Nat Nanotechnol, 2008, 3: 491 495 38Li X, Wang X, Zhang L, Lee S, Dai H. Science, 2008, 319: 1229 1232 39Niu P, Zhang L, Liu G, Chen HM. Adv Funct Mater, 2020, 22: 4763 4770 40Yang S, Gong Y, Zhang J, Zhan L, Ma L, Fang Z, Vajtai R, Wang X, Ajayan PM. Adv Mate

20、r, 2020, 25: 2452 2456 41Wang L, Zhao F, Han Q, Hu C, Lv L, Chen N, Qu L. Nanoscale, 2021, 7: 9694 9702 42Zhao Y, Zhao F, Wang X, Xu C, Zhang Z, Shi G, Qu L. Angew Chem Int Ed, 2020, 53: 13934 13939 43Zhang Z, Zhang J, Chen N. Energy Environ Sci, 2020, 5: 8869 8890 44Kim JK, Park MJ, Kim SJ, Wang DH

21、, Cho SP, Bae S, Park JH, Hong BH. ACS Nano, 2020, 7: 7207 7212 45Xu C, Han Q, Zhao Y, Wang L, Li Y, Qu L. J Mater Chem A, 2021, 3: 1841 1846 46Hu C, Wang Q, Zhao F. Sci China Mater, 2021, 58: 21 47Late DJ, Huang YK, Liu B, Acharya J, Shirodkar SN, Luo J, Charles D, Waghmare UV, Dravid VP, Rao CN. A

22、CS Nano, 2020, 7:4879 4891 48Karunadasa HI, Chang CJ, Long JR. Nature, 2018, 464: 1329 1333 49Conway BE, Tilak BV. Electrochim Acta, 2002, 47: 3571 3594 50Yang Z, Nie H, Chen X, Chen X, Huang S. J Power Sources, 2020, 236: 238 249 51Kang D, Pikhitsa PV, Choi YW, Lee C, Shin SS, Piao L, Park B, Suh KY, Kim TI, Choi M. Nature, 2020, 516: 222 226 52Zhang J, Song L, Zhang ZP, Chen N, Qu LT. Small, 2020, 10: 2151 2164 53Zhao F, Zhao Y, Cheng HH, Qu LT. Angew Chem Int Ed, 2021, 54: 14951 14955